CN116500748A - 一种反射镜重力卸载机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及真空重力卸载技术领域，具体提供了一种反射镜重力卸载机构，包括分别连接于反射镜基板上和反射镜背板上的底座和粘接块，底座上垂直设有固定板和与固定板平行的推拉板，推拉板通过铰链机构与固定板活动连接，推拉板与固定板、铰链机构共同形成平行四边形连杆机构以实现推拉杆的上下运动；铰链机构连接有配重轴，配重轴上设有配重块；推拉板靠近底座的一端与粘接块之间设有穿过底座的高度调节机构，高度调节机构包括调节杆和位于调节杆与粘接块之间的调节组件，调节杆为柔性杆结构或刚性杆结构。本发明可用于反射镜重力卸载以抵消反射镜自身重力对面形精度的影响，提高光学系统的光学性能。

Description

一种反射镜重力卸载机构

技术领域

本发明涉及真空重力卸载技术领域，尤其涉及一种反射镜重力卸载机构。

背景技术

天文望远镜主要用于深空探测，在为人类发现新的星系和探索宇宙起源中发挥着至关重要的作用，随着科学技术的日益发展，天文学家对天文望远镜的分辨率和空间探索距离的要求越来越高，提高望远镜分辨率最直接的办法就是增加光学系统的口径，随着光学系统主反射镜口径的逐渐增大，传统的三点支撑方式已无法满足反射镜的使用要求，尤其当反射镜的光轴与水平呈一定角度时，由于反射镜自身重力的增大，反射镜的面形精度将会变得更差，将直接导致望远镜大的成像质量下降。

针对上述面临的问题，反射镜多点支撑技术被多次提出，多点支撑技术通过合理布局支撑点位置，可抵消反射镜重力对反射镜自身变形的影响，目前反射镜多点支撑技术主要包含限定支撑和浮动支撑技术，浮动支撑技术可调整支撑点力的大小并较广泛的被应用到了各个大口径望远镜中。浮动支撑技术的重力卸载机构通常包括：1)气动、液动计量支撑技术，其多应用于反射镜加工中的重力卸载，但无法应用于真空环境；2)带力反馈的促力机构，其控制和结构较为复杂；3)机械浮动技术采用杠杆式较多，其结构简单，易于安装被广泛使用。现有技术中，有如下专利涉及基于浮动支撑技术的反射镜重力卸载机构：

1、专利公开号为“CN115308874A”，专利名称为“一种大口径反射镜的无干扰力重力卸载机”的发明专利申请，包括卸载力施加单元、杠杆单元和配重调节单元；该发明中的卸载机构既能降低支撑难度又可以减少重力对大口径反射镜面形精度的影响。

2、专利公开号为“CN115268011B”，专利名称为“一种反射镜的重力卸载装置”的发明专利申请，包括：力传感器、顶座组件、顶杆组件、支架、螺纹压杆和砝码组，该专利可应用于反射镜光轴竖直检测领域，为独立的装置且不需与反射镜一起装配，减少了反射镜的装调等复杂工作，可适用于真空及其他复杂环境，具有空间利用率高、体积小、方便移动、操作简单等优点。

3、专利公开号为“CN114460713A”，专利名称为“一种大口径反射镜精密卸载结构”的发明专利申请，包括底板、多个支撑结构和调节机构，该发明可实现精确控制反射镜组件卸载力大小的效果。

但现有的反射镜重力卸载机构存在如下问题：专利“CN115308874A”提出的重力卸载机构仅提供了反射镜的径向力，无法满足反射镜光轴竖直状态下的重力卸载要求；专利“CN115268011B”提出的重力卸载机构虽然提供了单向轴向力，但无法提供反向力，并且当反射镜状态切换时，对反射镜会产生外力干扰而影响反射镜的面形精度；专利“CN114460713A”虽然提供了轴向力，但也无法解决上述问题。

综上所述，如何设计一种可提供双向轴向力，减少安装面的加工精度，降低反射镜状态切换时对面形精度影响的反射镜重力卸载机构，是当下亟需解决的问题。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供了一种反射镜重力卸载机构，可通过平行四边形连杆机构提供双向轴向力，实现对反射镜的推拉作用力，可减少反射镜安装面的加工精度，使得反射镜镜面切换时不用拆卸重力卸载机构，可减少装配工作量。

为达到上述目的，本发明提出如下技术方案：一种反射镜重力卸载机构，包括分别连接于反射镜基板上和反射镜背板上的底座和粘接块，底座上垂直设有固定板和与固定板平行且位于底座上方的推拉板，推拉板通过铰链机构与固定板活动连接，推拉板与固定板、铰链机构共同形成平行四边形连杆机构以实现推拉杆的上下运动；铰链机构连接有朝向固定板远离推拉板一侧设置的配重件；推拉板靠近底座的一端与粘接块之间设有穿过底座的高度调节机构。

优选的，推拉板和固定板上设有相互连通的上连接槽和下连接槽，铰链机构包括分别铰接于上连接槽和下连接槽内的上铰链和下铰链；配重件包括与上铰链连接的配重轴和可调节式设于配重轴上的配重块；通过配重件带动推拉杆上下运动以卸载反射镜承受的重力。

优选的，上铰链包括分别穿设于固定板和推拉板内的上拉杆组，下铰链包括穿设于固定板和推拉板内的下拉杆组，上拉杆组和下拉杆组分别穿过上连接槽和下连接槽且均与底座平行设置；上拉杆组上垂直铰接有位于上连接槽内且与配重轴连接的上连杆，下拉杆组上垂直铰接有位于下连接槽内的下连杆。

优选的，上拉杆组包括分别穿设于固定板和推拉板内的拉杆一和拉杆二，下拉杆组包括分别穿设于固定板和推拉板内的拉杆三和拉杆四；上连杆垂直铰接于连拉杆一和拉杆二上，下连杆垂直铰接于拉杆三和拉杆四上；平行四边形连杆机构由上连杆、下连杆、推拉板和固定板共同形成。

优选的，高度调节机构包括调节杆和位于调节杆与粘接块之间以调整调节杆高度的调节组件；调节杆穿设于底座内并与推拉板连接；推拉板上设有与调节杆连接的顶丝，当调节杆的高度调节好后，通过顶丝将调节杆固定在推拉板上。

优选的，调节杆为柔性杆结构。

优选的，调节杆为刚性杆结构。

优选的，下连接槽位于推拉板上的槽体包括位于下拉杆与槽底之间的伸缩间隙；推拉板上包括容纳调节杆的调节通孔且调节杆可在调节通孔及伸缩间隙内伸缩；推拉板下部还设有与调节通孔连通的锁紧孔，顶丝包括位于锁紧孔内的锁紧杆和位于推拉板远离固定块一侧的锁紧螺母，当调节杆的高度调整好后，通过锁紧螺母锁紧于锁紧杆上以将调节杆抵紧在伸缩通孔内。

优选的，调节组件包括与粘接块连接的调节螺杆和位于调节螺杆与调节杆之间的调节螺母。

优选的，粘接块通过环氧结构胶粘于反射镜的背板上；配重块螺纹连接于配重轴上。

本发明有益效果是：

本发明中的上连杆、下连杆、推拉板和固定板共同形成平行四边形连杆机构，可通过铰链机构带动推拉板上下运动以卸载反射镜的自身重力，通过平行四边形连杆机构可提供双向轴向力，实现对反射镜的推拉作用力；同时可通过高度调节机构中调节螺母和调节螺杆，一方面可减少反射镜安装面的加工精度，另一方面反射镜在镜面向下(光轴竖直)和镜面竖直(光轴水平)切换时不用拆卸重力卸载机构，对于几十甚至上百个卸载机构而言，可极大减少状态切换时的装配工作量。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的反射镜及重力卸载机构的结构示意图(镜面朝下且光轴垂直于地面)。

图2是本发明实施例一提供的反射镜及重力卸载机构的结构示意图(光轴平行于地面)。

图3是本发明实施例一提供的重力卸载机构的正式结构示意图。

图4是本发明实施例一提供的重力卸载机构的轴测结构示意图(未示出推拉板)。

图5是本发明实施例二提供的反射镜及重力卸载机构的结构示意图(镜面朝上且光轴垂直于地面)。

附图标记：基板1、背板2、底座3、粘接块4、推拉板5、固定板6、上连接槽7、下连接槽8、配重轴9、配重块10、上连杆11、下连杆12、拉杆一13、拉杆二14、拉杆三15、拉杆四16、调节杆17、伸缩间隙18、锁紧杆19、锁紧螺母20、调节螺杆21、调节螺母22。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-5及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

一种反射镜重力卸载机构，如图1所示，包括分别连接于反射镜基板1上和反射镜背板2上的底座3和粘接块4，粘接块4通过环氧结构胶粘于反射镜的背板2上；图1中反射镜的镜面朝下且光轴与地面垂直，反射镜上设有多个重力卸载机构；如图3所示，底座3上垂直设有固定板6和与固定板6平行的推拉板5，推拉板5位于底座3的上方，推拉板5通过铰链机构与固定板6活动连接；铰链机构上连接有配重件，配重件朝向固定板6远离推拉板5的一侧设置；推拉板5靠近底座3的一端与粘接块4之间设有穿过底座3的高度调节机构。

如图1、3、4所示，推拉板5和固定板6上设有相互连通的上连接槽7和下连接槽8，铰链机构包括分别铰接于上连接槽7和下连接槽8内的上铰链和下铰链；上铰链包括分别穿设于固定板6和推拉板5内的上拉杆组，下铰链包括穿设于固定板6和推拉板5内的下拉杆组，上拉杆组和下拉杆组分别穿过上连接槽7和下连接槽8且均与底座3平行设置；上拉杆组包括分别穿设于固定板6和推拉板5内的拉杆一13和拉杆二14，下拉杆组包括分别穿设于固定板6和推拉板5内的拉杆三15和拉杆四16，拉杆一13、拉杆二14、拉杆三15和拉杆四16均沿着推拉板5和固定板6的宽度方向设置；上拉杆组上垂直铰接有位于上连接槽7内且与配重轴9连接的上连杆11，上连杆11垂直铰接于连拉杆一13和拉杆二14上；下拉杆组上垂直铰接有位于下连接槽8内的下连杆12，下连杆12垂直铰接于拉杆三15和拉杆四16上；推拉板5与固定板6、铰链机构共同形成平行四边形连杆机构以实现推拉杆的上下运动，平行四边形连杆机构由上连杆11、下连杆12、推拉板5和固定板6共同形成。本领域技术人员可根据实际情况采用轴承机构替代本实施例中的铰链机构，以减少摩擦阻力并提高卸载力精度。

如图3、4所示，配重件包括与上铰链连接的配重轴9和可调节式设于配重轴9上的配重块10；通过配重件带动推拉杆上下运动以卸载反射镜承受的重力；配重块10螺纹连接于配重轴9上，配重块10可在配重轴9上移动以根据反射镜的重力需求调整配重位置。

如图3、4所示，高度调节机构包括调节杆17和位于调节杆17与粘接块4之间以调整调节杆17高度的调节组件；调节组件包括与粘接块4连接的调节螺杆21和位于调节螺杆21与调节杆17之间的调节螺母22，拧动调节螺母22使得调节螺杆21带动调节杆17上下伸缩以调整调节杆17的高度，即根据反射镜的重力需求调整推拉板5与粘接块4和反射镜背板2之间的高度。调节杆17穿设于底座3内并与推拉板5连接；推拉板5上设有与调节杆17连接的顶丝，当调节杆17的高度调节好后，通过顶丝将调节杆17固定在推拉板5上，具体的，下连接槽8位于推拉板5上的槽体包括位于下拉杆与槽底之间的伸缩间隙18，推拉板5上包括容纳调节杆17的调节通孔且调节杆17可在调节通孔及伸缩间隙18内伸缩；推拉板5下部还设有与调节通孔连通的锁紧孔，顶丝包括位于锁紧孔内的锁紧杆19和位于推拉板5远离固定块一侧的锁紧螺母20，当调节杆17的高度调整好后，通过将锁紧螺母20锁紧于锁紧杆19上以将调节杆17抵紧在伸缩通孔内以将调节杆17与推拉板5固定。

本实施例中的调节杆17为柔性杆结构，当反射镜为图1中所示的镜面朝下且光轴垂直于地面时，配重块10和配重轴9通过上铰链带动推拉板5朝向远离反射镜基板1的一侧向上运动，此时柔性杆结构的调节杆17具有向上的拉力，可辅助卸载反射镜的重力。当反射镜由图1中所示状态转换为图2中所示的光轴平行于地面的状态时，无需拆卸重力卸载机构。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于，调节杆17为刚性杆结构，可同时承受推力和拉力，当反射镜为图5中所示的镜面朝上且光轴垂直于地面时，配重块10和配重轴9通过上铰链带动推拉板5朝向反射镜基板1的方向向上运动，此时刚性杆结构的调节杆17具有向上的推力，可辅助卸载反射镜的重力；即本实施例中的重力卸载机构在反射镜处于镜面朝上或镜面朝下的状态时均可卸载反射镜的重力。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种反射镜重力卸载机构，其特征在于，包括分别连接于反射镜基板(1)上和反射镜背板(2)上的底座(3)和粘接块(4)，所述底座(3)上垂直设有固定板(6)和与固定板(6)平行且位于底座(3)上方的推拉板(5)，推拉板(5)通过铰链机构与固定板(6)活动连接，推拉板(5)与固定板(6)、铰链机构共同形成平行四边形连杆机构以实现推拉杆的上下运动；所述铰链机构连接有朝向固定板(6)远离推拉板(5)一侧设置的配重件；所述推拉板(5)靠近底座(3)的一端与粘接块(4)之间设有穿过底座(3)的高度调节机构。

2.根据权利要求1所述的反射镜重力卸载机构，其特征在于，所述推拉板(5)和固定板(6)上设有相互连通的上连接槽(7)和下连接槽(8)，所述铰链机构包括分别铰接于上连接槽(7)和下连接槽(8)内的上铰链和下铰链；所述配重件包括与上铰链连接的配重轴(9)和可调节式设于配重轴(9)上的配重块(10)；通过配重件带动推拉杆上下运动以卸载反射镜承受的重力。

3.根据权利要求2所述的反射镜重力卸载机构，其特征在于，所述上铰链包括分别穿设于固定板(6)和推拉板(5)内的上拉杆组，下铰链包括穿设于固定板(6)和推拉板(5)内的下拉杆组，上拉杆组和下拉杆组分别穿过上连接槽(7)和下连接槽(8)且均与底座(3)平行设置；上拉杆组上垂直铰接有位于上连接槽(7)内且与配重轴(9)连接的上连杆(11)，下拉杆组上垂直铰接有位于下连接槽(8)内的下连杆(12)。

4.根据权利要求3所述的反射镜重力卸载机构，其特征在于，所述上拉杆组包括分别穿设于固定板(6)和推拉板(5)内的拉杆一(13)和拉杆二(14)，下拉杆组包括分别穿设于固定板(6)和推拉板(5)内的拉杆三(15)和拉杆四(16)；上连杆(11)垂直铰接于连拉杆一(13)和拉杆二(14)上，下连杆(12)垂直铰接于拉杆三(15)和拉杆四(16)上；平行四边形连杆机构由上连杆(11)、下连杆(12)、推拉板(5)和固定板(6)共同形成。

5.根据权利要求4所述的反射镜重力卸载机构，其特征在于，所述高度调节机构包括调节杆(17)和位于调节杆(17)与粘接块(4)之间以调整调节杆(17)高度的调节组件；调节杆(17)穿设于底座(3)内并与推拉板(5)连接；推拉板(5)上设有与调节杆(17)连接的顶丝，当调节杆(17)的高度调节好后，通过顶丝将调节杆(17)固定在推拉板(5)上。

6.根据权利要求5所述的反射镜重力卸载机构，其特征在于，所述调节杆(17)为柔性杆结构。

7.根据权利要求5所述的反射镜重力卸载机构，其特征在于，所述调节杆(17)为刚性杆结构。

8.根据权利要求2-7中任一项所述的反射镜重力卸载机构，其特征在于，所述下连接槽(8)位于推拉板(5)上的槽体包括位于下拉杆与槽底之间的伸缩间隙(18)；推拉板(5)上包括容纳调节杆(17)的调节通孔且调节杆(17)可在调节通孔及伸缩间隙(18)内伸缩；推拉板(5)下部还设有与调节通孔连通的锁紧孔，顶丝包括位于锁紧孔内的锁紧杆(19)和位于推拉板(5)远离固定块一侧的锁紧螺母(20)，当调节杆(17)的高度调整好后，通过锁紧螺母(20)锁紧于锁紧杆(19)上以将调节杆(17)抵紧在伸缩通孔内。

9.根据权利要求8所述的反射镜重力卸载机构，其特征在于，所述调节组件包括与粘接块(4)连接的调节螺杆(21)和位于调节螺杆(21)与调节杆(17)之间的调节螺母(22)。

10.根据权利要求9所述的反射镜重力卸载机构，其特征在于，所述粘接块(4)通过环氧结构胶粘于反射镜的背板(2)上；配重块(10)螺纹连接于配重轴(9)上。